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火星探測必備工具──降落傘

今年9月7日,NASA進行了新型的火星降落傘的測試,此次實驗十分成功,而在2020年,預計會使用這個降落傘,保護著火星的探測器,平安的降落於火星表面。

  這項實驗被稱為「進階超音速降落傘張開研究實驗」(Advanced Supersonic Parachute Inflation Research Experiment),簡稱ASPIRE,目的是確定在物體超音速落下時,降落傘仍能安全打開,減緩物體下墜的速度



在9月7日,探空火箭帶著降落傘飛上高空進行「進階超音速降落傘張開研究實驗」。 [1]



那這個實驗是怎麼進行的呢?



  首先,利用探空火箭(Sounding rocket)攜帶包裝好的降落傘到距地面50公尺處的高空,再讓降落傘自由落下,而在降落傘的下落速度達到1.8倍的音速時,命令降落傘張開。



高速攝影機拍攝到,降落傘打開的瞬間。 [2]



為什麼要確保降落傘能在超音速落下時,也能正常運作、張開呢?



  當探測車被發送至火星時,會從大氣層最頂端的高空、高速墜落至火星表面。為了減緩探測車墜落的速度,降落傘就是最必要的一項措施了。降落傘讓降落速度減緩的原理,可以從式(1)看出來:



(1)



  其中,F為空氣阻力,也就是阻止物體向下墜落的力,C為風阻係數ρ為空氣密度S為迎風面的面積V則是物體相對於空氣的速度,在這個情況下,我們可以假設空氣的速度為0,因此V就是「物體的落下速度」。

  讓降落傘打開,改變的就是迎風面面積:在其他參數(C,ρ,V)迎風面面積S變大,所以空氣阻力F也變大,於是減緩物體下降的速度。

  另外,因為火星的大氣稀薄,式(1)中的ρ較地球的小,因此如果要在火星上減緩物體的下落程度和地球上的相同,就需要更大的迎風面面積S,因此,這次實驗ASPIRE中的降落傘,張開面積是我們平常看到降落傘面積的10到20倍。

  ASPIRE降落傘有90公斤重,在尚未打開時密度很大(被緊密的壓縮),但能夠在0.5秒內從水桶的大小張開至一個屋子的大小。

  實驗結束後,ASPIRE降落傘落在大西洋。它會被打撈起來,接受更嚴密的檢查與測試,確保2020年的火星探測車能在「進階超音速降落傘」的保護下,安全降落。



 



參考資料:

[1] https://www.space.com/41752-nasa-launch-tests-supersonic-mars-2020-parachute.html

[2] https://www.space.com/41734-nasa-rockets-to-test-mars-parachute-sun-nanoflares.html

[3] https://www.hk01.com/%E5%8D%B3%E6%99%82%E5%9C%8B%E9%9A%9B/133927/%E6%9C%89%E7%89%87-nasa%E8%B6%85%E9%9F%B3%E9%80%9F%E9%99%8D%E8%90%BD%E5%82%98%E6%88%90%E5%8A%9F%E6%89%93%E9%96%8B-%E7%82%BA%E6%9B%B4%E5%AE%89%E5%85%A8%E9%99%8D%E8%90%BD%E7%81%AB%E6%98%9F%E9%82%81%E9%80%B2%E4%B8%80%E6%AD%A5



圖片來源:

[0] https://www.space.com/41752-nasa-launch-tests-supersonic-mars-2020-parachute.html

[1] https://www.space.com/41734-nasa-rockets-to-test-mars-parachute-sun-nanoflares.html

[2] https://www.hk01.com/%E5%8D%B3%E6%99%82%E5%9C%8B%E9%9A%9B/133927/%E6%9C%89%E7%89%87-nasa%E8%B6%85%E9%9F%B3%E9%80%9F%E9%99%8D%E8%90%BD%E5%82%98%E6%88%90%E5%8A%9F%E6%89%93%E9%96%8B-%E7%82%BA%E6%9B%B4%E5%AE%89%E5%85%A8%E9%99%8D%E8%90%BD%E7%81%AB%E6%98%9F%E9%82%81%E9%80%B2%E4%B8%80%E6%AD%A5

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